4 教育訓練張瓊文曾文溪流域山崩潛勢評估方法與成果說明中興大學 ...

經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所
易 淹 水 地 區 上 游 集 水 區 地 質 調 查 與 資 料 庫 建 置
( 第 3 期 101 年 度 )
集 水 區 地 質 調 查 及 山 崩 土 石 流 調 查 與 發 生 潛 勢 評 估
曾 文 溪 流 域 山 崩 潛 勢 評 估 方 法 與 成 果 說 明
國 立 中 央 大 學 應 用 地 質 研 究 所
中 華 民 國 101 年 5 月 11 日

山 崩 穩 定 評 估 方 式
• 特 定 邊 坡 之 穩 定 分 析 : 採 用 土 壤 強 度 及 地 下 水 位 等 資 料 , 在 地 形
剖 面 上 進 行 極 限 平 衡 計 算 , 獲 得 安 全 係 數 值 。
優 點 : 明 確 的 物 理 意 義
缺 點 : 簡 化 的 物 理 模 式
大 區 域 難 以 完 整 取 得 的 力 學 參 數
力 學 模 型
• 山 崩 潛 感 分 析 : 聯 合 多 種 能 辨 識 山 崩 的 地 形 因 子 、 地 質 因 子 、 區 位
因 子 及 水 文 因 子 等 , 共 同 找 出 一 組 能 區 別 山 崩 與 非 山 崩 的 因 子 權 重
組 合 , 並 計 算 山 崩 潛 感 值 及 繪 製 山 崩 潛 感 圖 , 以 供 區 域 規 劃 、 工 程
選 址 及 防 災 決 策 之 參 考 。
優 點 : 可 信 的 機 率 意 義
缺 點 : 非 唯 一 解
統 計 模 型
潛 感 值 非 絕 對 物 理 量
2

不 同 崩 塌 類 型 之 坡 度 因 子 崩 壞 特 性 比 較
曾 文 溪 流 域 岩 屑 崩 滑 之 坡 度 崩 壞 比 曲 線
曾 文 溪 流 域 深 層 滑 動 之 坡 度 崩 壞 比 曲 線
4

林 慶 偉 、 黃 敏 郎 (2011) 高 精 度 數 值 地 形 在 深 層 崩 塌 調 查 之 應 用
5

深 層 滑 動 判 釋
6

山 崩 潛 感 分 析 方 法
• 區 域 性 山 崩 潛 感 分 析 方 法 之 定 性 法
— 地 形 判 釋 法
— 專 家 評 分 法
• 區 域 性 山 崩 潛 感 分 析 方 法 之 定 量 法
— 判 別 分 析 ( 多 變 量 分 析 )
— 羅 吉 斯 迴 歸 ( 多 變 量 分 析 )
— 條 件 機 率 法 ( 二 變 量 分 析 )
— 類 神 經 網 路 ( 人 工 智 慧 )
— 模 糊 理 論 ( 人 工 智 慧 )
本 計 畫 使 用
7

傳 統 型 山 崩 潛 感 分 析
山 崩 =1
非 山 崩 =0
地 形 地 質 體 質 因 子
m
j 1
W
n
j
F
j
C
山 崩 潛 感 值
權 重
常 數 項
山 崩 潛 感 圖 哪 裡 容 易 發 生 山 崩 ?
8

為 什 麼 要 用 事 件 型 山 崩 潛 感 分 析 ?
◆ 傳 統 型 山 崩 潛 感 分 析 之 問 題
過 去 二 十 年 來 , 國 內 外 學 者 多 使 用 判 釋 自 某 一 批 航 空 照 片 的 單 一 期 山
崩 目 錄 來 建 立 山 崩 潛 感 模 型 。 然 而 , 單 期 山 崩 目 錄 並 無 時 間 變 化 上 的
資 訊 , 且 容 易 受 誘 發 事 件 強 度 偏 於 某 一 側 之 影 響 。
瑞 里 地 震 集 集 地 震 桃 芝 颱 風
雲 林 圖 幅 三 個 不 同 誘 發 事 件 山 崩 目 錄 所 分 別 建 立 之 潛 感 圖 ; 使 用 不 同
時 期 的 山 崩 目 錄 所 建 立 的 潛 感 模 型 會 得 到 完 全 不 同 的 潛 感 分 布 。
潛 感 等 級
高 潛 感
中 高 潛 感
中 潛 感
低 潛 感
穩 定 區
9 9

為 什 麼 要 用 事 件 型 山 崩 潛 感 分 析 ?
以 水 保 局 民 國 90 年 之 前 山 崩 目 錄 訓 練
傳 統 型
事 件 型
容 易 過 估
高 潛 感 (0.5-1)
中 高 潛 感 (0.25-0.5)
中 潛 感 (0.125-0.25)
低 潛 感 (0-0.125)
以 莫 拉 克 颱 風 山 崩 目 錄 訓 練
10

事 件 型 山 崩 潛 感 分 析
( 雨 下 在 哪 裡 、 哪 裡 會 發 生 山 崩 )
誘 發 山 崩
地 形 地 質 體 質 因 子
降 雨 因 子
n
i
m
W L W F
1 i i j1
n j j
代 入
C
事 件 型 山 崩 潛 感 值
事 件 型 山 崩 潛 感 圖
100 年 重 現 期 距 降 雨 量
山 崩 潛 感 圖
11

誘 發 山 崩 目 錄
事 件 前
事 件 後
一 崩 再 崩
新 增
擴 大
12

山 崩 潛 感 因 子 初 選
潛 感 因 子 分 類 因 子 項 目 資 料 來 源
地 質 因 子 岩 性 1/50,000 地 質 圖
斷 層 距
地 形 因 子 坡 度 5 公 尺 高 精 度 數
坡 向
值 地 形 模 型
粗 糙 度 ( 地 形 粗 糙 度 、 坡 度 粗 糙 度 )
曲 率 ( 切 向 曲 率 、 剖 面 曲 率 、 總 曲 率 )
坡 高 ( 坡 頂 標 高 、 坡 高 、 全 坡 高 、 相 對 坡 高 )
水 文 因 子
濕 度 指 數
地 貌 因 子 植 生 覆 蓋 指 數 SPOT 衛 星 影 像
道 路 距
1/5000 地 形 圖
13

Frequency, %
Frequency, %
Probability of Failure, %
曾 文 溪 流 域 重 要 潛 感 因 子 _ 坡 度
12
非 山 崩 組
8
4
D.=0.372
山 崩 組
山
崩
崩
壞
比
越
高
8
6
4
2
岩 屑 崩 滑
落 石
0
0 40 80 120 160 200
Slope, %
0
55°
0 40 80 120 160 200
Slope, %
非 山 崩 組 可 代 表 流 域 內 山 坡
坡 度 的 自 然 分 布 情 形
坡 度 百 分 比 越 高
4
3
D.=0.294
淡 水 河 流 域
2
1
山 崩 與 非 山 崩 的 坡 度 分 布 趨 勢 幾 近 相 同
對 未 知 山 崩 的 辨 識 度 低
0
0 40 80 120 160 200
Slope, %
14

Frequency
Frequency, %
Probability of Failure
Probability of Failure, %
曾 文 溪 流 域 重 要 潛 感 因 子 _ 全 坡 高
3
非 山 崩 組
2
1
D.=0.288
山 崩 組
山
崩
崩
壞
比
5
4
3
2
1
沒 有 趨 勢
不 採 用
0
0 300 600 900
Total Slope Height, m
非 山 崩 組 可 代 表 流 域 內 山 坡
全 坡 高 的 自 然 分 布 情 形
0
0 300 600 900
Total Slope Height, m
全 坡 高 越 大
12%
9%
D.=0.890
2%
1.5%
6%
1%
3%
0.5%
0%
0 100 200 300 400 500
Total Slope Height, m
0%
0 100 200 300 400 500
Total Slope Height, m
淺 山 丘 陵 區
15

Frequency, %
Probability of Failure, %
曾 文 溪 流 域 重 要 潛 感 因 子 _ 相 對 坡 高
1.6
1.2
0.8
0.4
D.=-0.456
山 崩 組
非 山 崩 組
山
崩
崩
壞
比
越
小
3
2
1
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Relative Height
非 山 崩 組 可 代 表 流 域 內 山 坡
相 對 坡 高 的 自 然 分 布 情 形
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Relative Height
相 對 坡 高 越 大
相 對 坡 高 = 坡 高 / 全 坡 高
坡 上 任 一 點 在 所 屬 山 坡 上 的 相 對 位 置
坡 高
坡 高
全
坡
高
16

Frequency, %
Frequency, %
Frequency, %
Frequency, %
Probability of Failure, %
Probability of Failure, %
Probability of Failure, %
Probability of Failure, %
曾 文 溪 流 域 重 要 潛 感 因 子 _ 曲 率
50
40
D.=0.294
2
1.6
30
1.2
20
10
0
-6 -3 0 3 6
Plane Curvature, radians/100m
0.8
0.4
0
-6 -3 0 3 6
Plane Curvature, radians/100m
平 面 曲 率
平 面 曲 率
切 向 曲 率
10
8
D.=0.441
2.5
2
6
4
1.5
1
2
0
-1.2 -0.6 0 0.6 1.2
Profile Curvature, radians/100m
8
6
4
D.=0.448
0.5
5
4
3
2
0
-1.2 -0.6 0 0.6 1.2
Profile Curvature, radians/100m
剖 面 曲 率
剖
面
曲
率
2
1
0
-2 -1 0 1 2
Tangential Curvature, radians/100m
4
3
D.=0.184
0
-2 -1 0 1 2
Tangential Curvature, radians/100m
3
2.5
2
切 向 曲 率
丘 陵 區
高 山 區
2
1.5
1
0
-7 -6 -5 -4 -3
Total Curvature, log(radians/100m)
1
0.5
0
-7 -6 -5 -4 -3
Total Curvature, log(radians/100m)
總 曲 率
17

流 域 降 雨 空 間 分 布 推 估
誘 發 因 子
利 用 Kriging with varying local means 多 變 量 地 質 統 計 方 法 , 以 雨 量 站
資 料 為 主 要 變 數 , 結 合 高 程 等 資 料 作 輔 助 變 數 , 內 插 出 較 為 準 確 的 雨
量 空 間 分 布 , 包 括 最 大 時 雨 量 、 最 大 24 小 時 累 積 雨 量 及 事 件 總 雨 量 等 。
雨 量 資 料 蒐 集
雨 量 資 料 檢 核
資 料 來 源 : 中 央 氣 象 局 、 水 利 署 及 台 灣 電 力 公 司
雨 量 資 料 缺 漏 檢 核 、 雨 量 歷 時 曲 線 檢 核
雨 量 資 料 處 理
事 件 累 積 雨 量 、 最 大 24 小 時 累 積 雨 量 、 最 大 時 雨 量
雨 量 空 間 分 布 推 估
以 單 變 量 內 插 方 法 及 多 變 量 的 Kriging with varying
local means (KVLM) 進 行 內 插
18

雨 量 資 料 蒐 集
曾 文 溪 流 域 莫 拉 克 颱 風 選 取 之 雨 量 站
中 央 氣 象 局
117 站
水 利 署
32 站
19

雨 量 資 料 檢 核
暴 雨 期 間 總 計 2 小 時 ( 含 )
以 上 缺 記 錄 (-9999)
No
繪 製 雨 量 歷 時 曲 線
Yes
Delete
暴 雨 期 間 雨 量 記 錄 忽 然 掉 到 0
或 連 續 8 小 時 以 上 雨 量 記 錄 為 0
Yes
搜 尋 至 少 3 個 最 近 的 雨 量 站 ,
檢 查 目 標 雨 量 站 的 雨 量 歷 時
是 否 與 鄰 近 雨 量 站 相 似
No
No
Delete
Yes
通 過 檢 核
20

模 型 用 暴 雨 事 件
結 合 地 形 高 程
之 多 變 量 地 質
統 計 分 析 成 果
莫 拉 克 颱 風 最 大 時 雨 量 分 布
莫 拉 克 颱 風 總 雨 量 分 布
21

曾 文 溪 流 域 山 崩 潛 感 分 析 成 果
山 崩 潛 感 值 = ΣW n × 岩 性 n+ ΣY n × 坡 向 n +0.646 坡 度 + 0.269 坡 度 粗 糙 度 + 0.287 切 向 曲 率 -
0.420 相 對 坡 高 + 0.120 最 大 時 雨 量 + 0.202 總 雨 量 - 5.393
代 表 該 模 型 內 從 不 崩 (0) 到 一 定 崩 (1) 的 趨 勢
模 型 內 的 相 對 性 指 標
( 0~1 )
山 崩 目 錄
潛 感 值 0.9-1
潛 感 值 0.8-0.9
潛 感 值 0.7-0.8
潛 感 值 0.6-0.7
潛 感 值 0.5-0.6
潛 感 值 0.25-0.5
潛 感 值 0.125-0.25
潛 感 值 0-0.125
穩 定 區
22

淺 山 區
泥 岩 區
高 山 區
各
等
級
山
崩
面
積
佔
總
山
崩
面
積
累
積
比
例
曾 文 溪 流 域 莫 拉 克 颱 風 事 件
山 崩 潛 感 圖
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
各 等 級 面 積 佔 總 面 積 累 積 比 例
淺 山 區
AUC=0.900
各
等
級
山
崩
面
積
佔
總
山
崩
面
積
累
積
比
例
1
0.8
0.6
0.4
0.2
各
等
級
山
崩
面
積
佔
總
山
崩
面
積
累
積
比
例
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
泥 岩 區
1
AUC=0.706
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
各 等 級 面 積 佔 總 面 積 累 積 比 例
AUC=0.827
各 等 級 面 積 佔 總 面 積 累 積 比 例
高 潛 感 累 積 面 積 越 少 , 可 解 釋 山 崩 面 積 越 高
高 山 區
23

台 灣 北 部 地 區
100 年 重 現 期 距 雨 量
山 崩 潛 感 接 合 圖
1. 淡 水 河 流 域 淺 山 區
2. 淡 水 河 流 域 高 山 區
3. 大 漢 溪 流 域
4. 蘭 陽 溪 流 域
山 崩 潛 感 值 : 某 模 型 內 , 發 生 山 崩 的 可 能 性
山 崩 機 率 值 : 某 潛 感 值 , 所 崩 壞 的 面 積 比 例
Probability of Failure, Pls
0.16
0.12
0.08
0.04
0
最 大 降 雨 強 度 :
約 100-140 mm/hr
72 小 時 累 積 雨 量 :
約 1000mm~1800mm
4
3 2
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Susceptibility Index, λ 24

潛 感 圖 崩 壞 比 圖 ( 機 率 圖 )
哪
裡
比
較
容
易
發
生
山
崩
?
蘭 陽 溪 流 域
淡 水 河 流 域
會
發
生
多
大
量
的
山
崩
?
25

台 灣 北 部 地 區
100 年 重 現 期 距 雨 量
山 崩 機 率 接 合 圖
最 大 降 雨 強 度 :
約 100-140 mm/hr
72 小 時 累 積 雨 量 :
約 1000mm~1800mm
山 崩 潛 感 值 : 某 模 型 內 , 發 生 山 崩 的 可 能 性
山 崩 機 率 值 : 某 潛 感 值 , 所 崩 壞 的 面 積 比 例
1. 淡 水 河 流 域 淺 山 區
2. 淡 水 河 流 域 高 山 區
3. 大 漢 溪 流 域
4. 蘭 陽 溪 流 域
26

曾 文 溪 流 域 莫 拉 克 颱 風 事 件
山 崩 潛 感 機 率 圖
山
崩
崩
壞
比
0.03
0.02
0.01
y 0.000735sinh 4. 1799x
山
崩
崩
壞
比
0.2
0.16
0.12
0.08
0.04
y
0.026399sinh 2.3934 x
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
山 崩 潛 感 值
淺 山 區
0.6
y 0.011623sinh 4. 4985x
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
山 崩 潛 感 值
高 山 區
山
崩
崩
壞
比
0.4
0.2
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
山 崩 潛 感 值
泥 岩 區
藍 色 為 納 莉 - 芭 瑪 颱 風 事 件 誘 發 之 山 崩 目 錄
27

100 年 重 現 期 距 降 雨 量 之 山 崩 機 率 圖
曾 文 溪 流 域 100 年 重 現 期 距
降 雨 量 山 崩 潛 感 機 率 圖
山 崩 潛 感 值 = ΣW n × 岩 性 n+ ΣY n × 坡 向 n
+0.646 坡 度 + 0.269 坡 度 粗 糙 度 + 0.287
切 向 曲 率 - 0.420 相 對 坡 高 + 0.120 百 年 重
現 期 距 時 雨 量 + 0.202 百 年 重 現 期 距 72 小
時 雨 量 - 5.393
0.2
0.16
y
0.026399sinh 2.3934 x
山
崩
崩
壞
比
0.12
0.08
0.04
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
山 崩 潛 感 值
高 山 區
28

岩 屑 崩 滑 潛 勢 圖
按 斜 坡 單 元 評 估 每 單 元 之 滑 動 潛 勢
針 對 每 個 斜 坡 單 元 計 算 所 有 格 網 100 年
重 現 期 距 山 崩 機 率 值
山 崩 機 率 平 均 值 +1 個 標 準 差 值
大 於 5% 者 為 高 潛 勢 單 元
介 於 0.5% 到 5% 間 為 中 潛 勢 單 元
小 於 0.5% 者 為 低 潛 勢 單 元
29

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30
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